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“DNA是主要的遗传物质”是人民教育出版社高中《生物》必修2第三章第一节的内容。 请依据所给的部分教科书内容，完成相应的教学设计。 要求： (1)对肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验进行比较分析。 (2)设计一个关于本节内容的练习题，并给出详细分析。
“DNA是主要的遗传物质”是人民教育出版社高中《生物》必修2第三章第一节的内容。 请依据所给的部分教科书内容，完成相应的教学设计。 要求： (1)对肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验进行比较分析。 (2)设计一个关于本节内容的练习题，并给出详细分析。
admin
2017-08-17
45
问题
“DNA是主要的遗传物质”是人民教育出版社高中《生物》必修2第三章第一节的内容。
请依据所给的部分教科书内容，完成相应的教学设计。
要求：
(1)对肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验进行比较分析。
(2)设计一个关于本节内容的练习题，并给出详细分析。
肺炎双球菌的转化实验
通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的，首先是美国科学家艾弗里(O．Avery，1877—1955)，而艾弗里的实验又是在英国科学家格里菲思(F．Griffith，1877—1941)的实验基础上进行的。
1928年，格里菲思以小鼠为实验材料，研究肺炎双球菌是如何使人患肺炎的。他用两种不同类型的肺炎双球菌去感染小鼠。一种细菌的菌体有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑(smooth)，叫作S型细菌；另一种细菌的菌体没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙(rough)，叫作R型细菌。在这两种细菌中，S型细菌可以使人患肺炎或小鼠患败血症，因此是有毒性的；R型细菌不能够引发上述症状，因此是无毒性的。
格里菲思的实验过程如图3—2所示。
格里菲思从第四组实验的小鼠尸体上分离出了有毒性的S型活细菌，而且这些S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，这表明无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌，而且这种性状的转化是可遗传的。于是，格里菲思推论：在第四组实验中，已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”，这种转化因子将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌。
这种转化因子究竟是什么物质呢?为了弄清楚转化因子，艾弗里及其同事对S型细菌中的物质进行了提纯和鉴定。他们将提纯的DNA、蛋白质和多糖等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中，结果发现：只有加入DNA，R型细菌才能够转化为S型细菌，并且DNA的纯度越高，转化就越有效；如果用DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA，就不能使R型细菌发生转化(图3—3)。
实验结果甚至出乎艾弗里自己的预料，于是艾弗里提出了不同于当时大多数科学家观点的理论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
噬菌体侵染细菌的实验
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0．02％的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
1952年，赫尔希(A．Hershey，1908一)和蔡斯(M．Chase)以T
2
噬菌体(图3—4)为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具说服力的实验。
T
2
噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T
2
噬菌体侵染大肠杆菌后(图3—5)，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
选项
答案
(1)①实验设计思路的比较。两个实验的设计思路相同，都是设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究它们各自的遗传功能。处理方法上有区别，肺炎双球菌转化实验是将S型细菌的不同物质分别与R型细菌混合培养；噬菌体侵染细菌实验采用的是同位素标记法。 ②实验设计原则的比较。都是遵循对照原则。肺炎双球菌转化实验是相互对照，噬菌体侵染细菌实验是自身对照。 ③实验结论的比较。肺炎双球菌转化实验证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。噬菌体侵染细菌实验证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内。 (2)习题示例： 某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时，分别用同位素
32
P和
35
S做了标记，见下表： [*] 此实验所得结果是子噬菌体和母噬菌体的外形及侵染细菌的特性均相同。请分析： (1)子噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是______； (2)子噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是______； (3)此实验说明了______。 【答案】 (1)
32
P、
31
P；(2)
35
S；(3)DNA是遗传物质。 【解析】(1)在噬菌体侵染细菌的实验中，噬菌体的DNA被注入细菌细胞内，并在细菌内以细菌的核苷酸为原料，以噬菌体的DNA分子为模板合成许多和亲代噬菌体一样的DNA。这样在细菌内新形成的子代噬菌体的DNA既有以细菌内的核苷酸为原料新合成的DNA链，又有原来注入到细菌体内的亲代噬菌体DNA链。所以子噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是
31
P与
32
P。 (2)在噬菌体侵染细菌的过程中，在噬菌体DNA注入细菌内时，噬菌体的蛋白质外壳留在细菌细胞外面。而子代噬菌体的蛋白质外壳则是以细菌内的氨基酸为原料合成的。所以子噬菌体的蛋白质外壳含
35
S元素。 (3)从上述分析得知子代噬菌体的DNA含亲代噬菌体DNA中核苷酸的
32
P，说明亲代噬菌体的DNA传递到了子代，保持了遗传物质的连续性，因此DNA是遗传物质。
解析
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